一种涡轮叶片气膜孔的孔边应力计算方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115952622A(43)申请公布日2023.04.11(21)申请号202310218523.2(22)申请日2023.03.09(71)申请人中国航发四川燃气涡轮研究院地址610500四川省成都市新都区新都学府路999号(72)发明人程荣辉李昆吴坚张少平贺进庞燕龙田洪宇杨远龙(74)专利代理机构北京清大紫荆知识产权代理有限公司11718专利代理师秦亚群(51)Int.Cl.G06F30/17(2020.01)G06F30/23(2020.01)G06F119/14(2020.01)权利要求书2页说明书7页附图2页(54)发明名称一种涡轮叶片气膜孔的孔边应力计算方法(57)摘要本发明提供了一种涡轮叶片气膜孔的孔边应力计算方法，包括获取叶片整体坐标系下气膜孔位置的名义应力分量；将名义应力分量转换到构建的气膜孔局部标准坐标系下；计算在转换后的名义应力分量单位载荷下的二维椭圆孔理论解和三维椭圆直孔有限元仿真解；定义三维应力影响系数；构建三维应力影响系数数学模型；采用转换后获得的名义应力分量和三维应力影响系数对单位载荷下的二维椭圆孔理论解进行修正，即可计算任意材料泊松比、任意壁厚、任意椭圆长轴与短轴比例下涡轮叶片气膜孔不同孔边位置的应力。本发明设计的方法能对涡轮叶片不同几何参数的椭圆气膜孔的孔边各位置应力进行快速、准确的分析，且计算效率高、误差小。CN115952622ACN115952622A权利要求书1/2页1.一种涡轮叶片气膜孔的孔边应力计算方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、以气膜孔的长轴为X坐标，短轴为Y坐标建立气膜孔局部标准坐标系；S2、获取叶片整体坐标系下气膜孔位置的名义应力分量；S3、将名义应力分量转换到气膜孔局部标准坐标系下，获取转换后的名义应力分量；S4、计算在转换后的名义应力分量单位载荷下的二维椭圆孔理论解和三维椭圆直孔有限元仿真解；S5、定义三维椭圆直孔有限元仿真解与二维椭圆孔理论解的比值为计算气膜孔应力的三维应力影响系数；S6、获取三维应力影响系数随材料泊松比、气膜孔壁厚、气膜孔长轴与短轴比例和气膜孔边对应位置相位角的变化规律，构建三维应力影响系数数学模型；S7、采用转换后获得的名义应力分量和三维应力影响系数，对单位载荷下的二维椭圆孔理论解修正，计算任意材料泊松比、任意壁厚、任意椭圆长轴与短轴比例下涡轮叶片气膜孔的不同孔边位置的应力。2.根据权利要求1所述的涡轮叶片气膜孔的孔边应力计算方法，其特征在于：步骤S2中，叶片整体坐标系下气膜孔位置的名义应力分量的获取方法，包括：基于仿真方法，在叶片整体坐标系下获取不考虑气膜孔影响时叶片气膜孔开孔位置的6个名义应力分量，包括在沿x方向的名义正应力分量、沿y方向的名义正应力分量、沿z方向的名义正应力分量、xy平面的名义剪应力分量、yz平面的名义剪应力分量、xz平面的名义剪应力分量。3.根据权利要求2所述的涡轮叶片气膜孔的孔边应力计算方法，其特征在于：步骤S3中，将名义应力分量转换到气膜孔局部标准坐标系下，获取转换后的名义应力分量，包括：S31、选取叶片内壁面或叶片外壁面为关注平面，在叶片整体坐标系下提取该关注平面内气膜孔开孔位置的名义应力分量，所述名义应力分量包括沿x方向的名义正应力分量、沿y方向的名义正应力分量、沿z方向的名义正应力分量、xy平面的名义剪应力分量、yz平面的名义剪应力分量、xz平面的名义剪应力分量；S32、将步骤S31中所述名义应力分量转换到气膜孔局部标准坐标系下，获取该关注平面内的名义正应力分量Sx、名义正应力分量Sy、名义剪应力分量Sxy。4.根据权利要求3所述的涡轮叶片气膜孔的孔边应力计算方法，其特征在于：步骤S6中，三维应力影响系数数学模型的构建方法，包括：S61、依据步骤S4，分别计算单位载荷下多组特定长轴与短轴比例气膜孔的二维椭圆孔理论解；S62、依据步骤S4，分别计算单位载荷下多组特定材料泊松比及壁厚条件下多组特定长轴与短轴比例气膜孔孔边不同相位角位置的三维椭圆直孔有限元仿真解；S63、依据步骤S61的二维椭圆孔理论解和步骤S62的三维椭圆直孔有限元仿真解计算三维应力影响系数，结合三维应力影响系数数学模型公式进行线性回归，获取计算单位载荷下多组特定材料泊松比及壁厚下三维应力影响系数随长轴与短轴比例、气膜孔相对位置相位角变化的三维应力影响系数数学模型的参数值；S64、采用线性插值法，获取单位载荷下任意材料泊松比、任意壁厚、任意长轴与短轴比例、任意相位角下的三维应力影响系数，完成三维应力影响系数数学模型的构建。2CN115952622A权利要求书2/2页5.根据权利要求4所述的涡轮叶片气膜孔的孔边应力计算方法，其特征在于：所述三维应力影响系数数学模型包括正应力载荷下受拉位置